1、1 土木工程材料的基本性質,掌握材料的物理性質和力學性質 了解材料的耐久性、裝飾性、防火性和防輻射性,教學要求：,1.1 材料的物理性質,1.1.1 材料的密度、表觀密度與堆積密度,1、密度：材料在絕對密實狀態(tài)下（不包含孔隙或空隙）單位體積的質量，俗稱比重。 材料的實際密度為： = m/V (g/cm3).(a) 式中：m 材料在干燥狀態(tài)下的質量(g)； V 材料在絕對密實狀態(tài)下的體積(cm3)。 李氏瓶測定體積,2、表觀密度：指材料在自然狀態(tài)下（包含孔隙）單位體積的質量，俗稱容重。 材料的表現(xiàn)密度0為： 0= m / V0 (g/cm3或kg/m3).(b) 式中：m 材料的質量（g或kg）

2、； V0 材料在自然狀態(tài)下的體積（cm3或m3） 0與含水情況有關，當材料所含的水分不同時，其所測定的材料表觀密度也有差異，通常指的是在干燥狀態(tài)下的表觀密度。,干容重,濕容重,飽水容重,3、堆積密度：指散粒材料或粉狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質量，俗稱松散容重。 材料的堆積密度0為： 0 = m / V0 （/m3）.(c) 式中： m 材料的質量（kg）； V0 材料的堆積體積，包括顆粒和顆粒之間空隙 的體積（m3）。,閉口孔隙,自然狀態(tài)下的塊狀材料,開口孔隙,4、三個體積：,1.1.2 孔隙率與空隙率,土木工程材料的許多性質都與材料的致密程度有關， P 越大，密實度就小，這些性質除取決于

3、孔隙率的大小外，還與孔隙特征（形狀、大小）有關。,1、孔隙率：指材料中孔隙體積占總體積的百分率。 材料的孔隙率P為：,.(d),2、空隙率：指散?；蚍蹱畈牧项w粒之間的空隙占其堆積 體積的百分率。,空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭取？捎脕砜刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率。,.(e),已知某卵石的質量為10.6g，體積為4.06cm3，用李氏瓶法，排除的水的體積為4ml，現(xiàn)總共有這樣的卵石3360kg，堆成體積為2m3，求石子的密度、表觀密度、堆積密度、孔隙率和空隙率。,密 度,堆積密度,表觀密度,孔隙率,例1-1,空隙率,1.親水性與憎水性 材料在空氣中與水接觸時，根據(jù)其是否能被

4、水潤濕，分為： 能被水潤濕親水性，潤濕邊角900 不能被水潤濕憎水性，潤濕邊角900,1.1.3 材料與水有關的性質,材料分子的極性決定親水、憎水性。 親水性材料表面做憎水處理，可提高防水性。,1）、吸水性 材料在水中能吸收水分的性質稱為吸水性。 質量吸水率：材料飽水狀態(tài),所吸水分質量占材料干質量的百分率。 體積吸水率：材料飽水狀態(tài),所吸收水分體積占干體積的百分率。,二者關系,2 、材料的吸水性與吸濕性,材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關,含水率增大，對材料的許多性質有不良影響： 如容重增加、體積膨脹、導熱（系數(shù)）性增大，強度及抗凍性下降等。,2）、吸濕性 指材料在潮濕空氣中吸收水分的性

5、質。 潮濕材料在干燥空氣中放出水分的性質還濕性,含水率：材料所含水分質量占其干質量的百分率,其中 Wh 材料的含水率，100%； ms材料在含水狀態(tài)下的質量，g； mg 材料在干燥狀態(tài)下的質量，g。,3、 材料的耐水性,定義：材料長期在水作用下部不破壞，強度也不顯著降低的性質 指標：軟化系數(shù),fb-材料飽水狀態(tài)抗壓強度，MPa fg-材料干燥狀態(tài)抗壓強度，MPa,KR0.85，稱為耐水材料,4、 材料的抗?jié)B性,（1）滲透系數(shù),（2）抗?jié)B等級 指以規(guī)定的試件在規(guī)定的條件和標準試驗方法下所能承受的最大水壓力。用Pn表示，如：最大承水壓力為0.2MPa，表示為P2，有P2、P4、P6 、P8,Ks的

6、意義：抗?jié)B系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好。,指材料抵抗壓力水滲透的性質,5、 材料的抗凍性,定義：指材料在飽和狀態(tài)下，能經受多次凍融循環(huán)而不破壞，也不嚴重降低強度的性質 （1）抗凍等級： 以規(guī)定的試件，在規(guī)定的試驗條件下，測得其強度等級不超過規(guī)定值，并無明顯剝落時所能經受的凍融循環(huán)次數(shù)來確定，用Fn表示，n 為最大凍融循環(huán)次數(shù)如F25，F(xiàn)50 （2）材料受凍融的原因：孔隙水結冰 （3）材料的抗凍性取決于材料內部構造（孔隙率、空隙特征及充水程度）及外界條件（凍融溫度、結冰速度、凍融頻繁程度）,1.2 材料的力學性質,1.2.1 材料的強度和等級,1、材料的強度 材料在外力作用下不破壞時能承受的最大應

7、力,L,L,F/2,F/2,F,L/3,F,F,L/3,L/3,(a) 壓力,(b) 拉力,(c) 彎曲,(d) 剪切,L,L,F/2,F/2,F,L/3,F,F,L/3,L/3,(a) 壓力,(b) 拉力,(c) 彎曲,(d) 剪切,各種強度的計算公式如下：, 抗壓、抗拉、抗剪的強度,f 強度， Mpa；,P 破壞時最大荷載，N；,A 受力截面面積，mm2。, 抗彎強度，Mpa；,P 彎曲破壞時最大荷載，N；,L 兩支點的間距，mm；,B 試件橫截面積寬度，mm；,h 試件橫截面積高度，mm。, 抗彎強度,材料強度受以下三個因素的影響：, 材料內部結構和構造, 材料所處的環(huán)境條件(溫度、濕度

8、、含水量等), 強度值的測試條件(試件尺寸、加荷速度等),注：通常所說的材料強度是在特定的條件下測定的數(shù)值,土木工程材料根據(jù)其強度值的大小劃分若干個等級或牌號 材料按強度等級劃分： 1.普通水泥按抗壓強度和抗折強度分為32.5，42.5，52.5，62.5等強度等級 2.普通混凝土按抗壓強度分為C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75和C80等強度等級 3.鋼材按屈服強度劃分Q235，Q345，Q390，Q420 在實際工程中，我們必須按照有關規(guī)范來選擇材料的強度等級。,2、材料的等級與牌號,按單位體積質量計算的材料強度,等于材料的

9、強度與其表觀密度之比,衡量材料是否輕質、高強的指標,3、材料的比強度,4、材料的理論強度,1.2.2 材料的彈性與塑性,材料在外力作用下產生變形，當外力取消后，能夠完全恢復到原來形狀的性質稱為彈性，而這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形），屬可逆變形； 有一部分的變形不能恢復，這種性質稱為塑性，這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形），屬不可逆變形。,指標：彈性模量,意義：E表示材料抵抗變形的指標，E值越大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力越強。,彈塑性材料的變形曲線,1、脆性：當外力達到一定程度后，材料突然破壞，且破壞時并無明顯的塑性變形。 脆性材料：玻璃、混凝土、石材 2、韌性：在沖擊、振動荷載作用下，材料能吸收較大的能量，同時產生較大的變形而不破壞的性質。 沖擊韌性指